天体物理学者による大規模な共同研究により、中性子星とブラックホールの合体によって生じた衝撃波を初めて確実に検出したと報告された。10日間隔で行われたこの検出は、こうした巨大な宇宙の合体のうちの2つを表している。
2020年1月、人間の感覚では感知できない衝撃波が地球を通過し、地球はわずかに揺れました。このさざ波は重力波であり、あらゆる質量の物体によって発生する時空の擾乱ですが、2つのブラックホールの衝突のような極めて巨大な事象によってのみ検出されます。この波は、ルイジアナ州にあるレーザー干渉計重力波観測所（当時、ワシントン支所はオフラインでした）と、イタリアのピサにある同様のVirgo実験で検出できるほど強力でした。これらの実験では、鏡とレーザービームを高感度に組み合わせて重力波を検出します。
ブラックホールは、光さえも逃れられないほどの強力な重力を持つ宇宙の点です。恒星が死に、自ら崩壊することで形成されます。中性子星も同様に形成されます。中性子星は、死んだ恒星が崩壊して残骸となった極めて高密度の物質で、主に中性子でできています。
オーストラリア国立大学の天体物理学者で、今回の研究の共著者であるスーザン・スコット氏は、チームがより多くの検出を行うほど、研究者たちはこれらの星がどのようにしてブラックホールとともに死のスパイラルに陥ったのかをより深く理解できるようになるだろうと電子メールで述べた。
研究者たちは、これらのコミカルな衝突の登場人物を、重力波の特性に基づいて計算された質量に基づいて特定しています。もし天体の1つが太陽の約2倍以下の質量であれば、中性子星と推定します。もし質量が太陽の5倍以上の場合は、ブラックホールと推定されます。ギズモードが以前報じた2つの観測結果では、ブラックホールと中性子星の合体が起こった可能性が示唆されていましたが、合体した天体の1つが、既知の最小のブラックホールと最大の中性子星の間の「質量ギャップ」に位置していたため、天体の正体は確認されていませんでした。この新たな発見は、本日、天体物理学ジャーナル・レターズ誌に掲載されました。
「重力波だけでは軽い天体の構造は明らかになりませんが、その最大質量を推測することはできます」と、マックス・プランク重力物理学研究所の天体物理学者、ブーシャン・ガドレ氏はLIGOのプレスリリースで述べています。「この情報と、このような連星系における中性子星の質量に関する理論的予測を組み合わせることで、中性子星が最も可能性の高い説明であると結論付けました。」
2つの現象は、2020年1月5日と1月15日という10日間隔で観測されました。研究者たちは、これらの波が宇宙のどこから来たのかは不明ですが、波の強さと発生源での強度を比較した結果、それぞれ9億光年と10億光年離れた場所から来たことが分かっています。スコット氏は、これらの現象はブラックホールと中性子星の「合体」と呼ばれていますが、ブラックホールと中性子星が宇宙空間で衝突したというよりは、ブラックホールが中性子星を飲み込んだようなものだった可能性が高いと述べています。
研究チームは、最近2回検出されたことに基づき、地球から10億光年以内で、ブラックホールと中性子星の合体が月に1回程度発生していると推定しています。来夏に開始予定の検出器の次回の観測では、こうした合体現象のさらなる発見を目指します。「私たちは、超新星爆発による重力波や、回転する中性子星から発せられる微弱な重力波の連続流など、新しいタイプの重力波源も探査しています」とスコット氏は述べ、「これらは中性子星の物質の性質を理解する上でさらに役立つでしょう」と続けました。
ブラックホールと中性子星の合体が初めて確認されましたが、これが最後ではありません。次回の観測で、このような注目すべき組み合わせがさらに明らかになることが期待されます。
続き：新たに検出された時空の波紋の謎が深まる
